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JP-2026514704-A - 一体型処理ステップによる相互接続キャッピング

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Abstract

相互接続構造を形成するためのクラスタツールは、予洗浄チャンバと、選択的化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバと、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）チャンバと、予洗浄チャンバ、選択的ＣＶＤチャンバ、及びＰＥＣＶＤチャンバに連結された１つ又は複数の移送チャンバであって、予洗浄チャンバ、選択的ＣＶＤチャンバ、及びＰＥＣＶＤチャンバの間で真空環境を破壊せずに相互接続構造を移送するように構成された１つ又は複数の移送チャンバと、予洗浄チャンバ内の相互接続構造の第１の誘電体層内に形成された金属層の露出面を予洗浄するように構成されたコントローラと、選択的ＣＶＤチャンバ内の金属層の予洗浄表面にキャップ層を選択的に堆積させること、ＰＥＣＶＤチャンバ内のキャップ層及び第１の誘電体層の露出面に第２の誘電体層を堆積させることと、を含む。 【選択図】図３Ｄ

Inventors

  • 吉田 尚美
  • 佐々木 信之
  • 鈴木 洋一
  • 多田 智幸
  • プラナタルティハラン， バラスブラマニアン

Assignees

  • アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240529
Priority Date
20230629

Claims (20)

  1. 相互接続構造を形成するためのクラスタツールであって、 前記相互接続構造の第１の誘電体層内に形成された金属層の露出面を予洗浄するように構成された予洗浄チャンバと、 前記金属層の予洗浄された表面上にキャップ層を選択的に堆積させるように構成された選択的化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバと、 前記キャップ層及び前記第１の誘電体層の露出面の上に第２の誘電体層を堆積するように構成されたプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）チャンバと、 前記予洗浄チャンバ、前記選択的ＣＶＤチャンバ、及び前記ＰＥＣＶＤチャンバに連結された１つ又は複数の移送チャンバであって、真空環境を破壊することなく、前記予洗浄チャンバ、前記選択的ＣＶＤチャンバ、及び前記ＰＥＣＶＤチャンバの間で前記相互接続構造を移送するよう構成された、１つ又は複数の移送チャンバと、 前記予洗浄チャンバ内での前記金属層の予洗浄、前記選択的ＣＶＤチャンバ内での前記キャップ層の選択的堆積、及び前記ＰＥＣＶＤチャンバ内での前記第２の誘電体層の堆積を引き起こすよう構成されたコントローラと、 を備える、クラスタツール。
  2. 前記金属層の前記露出面を予洗浄することが、前記予洗浄チャンバ内の遠隔プラズマ源によって生成された反応性水素ラジカルＨ ＊ を供給することを含む、請求項１に記載のクラスタツール。
  3. 前記金属層が、銅（Ｃｕ）、銅－アルミニウム（ＣｕＡｌ）合金、及び銅－マンガン（ＣｕＭｎ）合金のうちの少なくとも１つを含み、 前記第１の誘電体層が酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ）又は低誘電率誘電体材料を含み、 前記第２の誘電体層が低誘電率誘電体材料を含む、 請求項１に記載のクラスタツール。
  4. 前記キャップ層は、前記金属層の前記予洗浄された表面上に選択的に堆積された金属キャップ層を含み、前記金属キャップ層は、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、リン化コバルトタングステン（ＣｏＷＰ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、及びそれらの合金のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のクラスタツール。
  5. 前記キャップ層は、前記金属キャップ層上に選択的に堆積された第１の誘電体キャップ層をさらに含み、前記第１の誘電体キャップ層は、窒化ケイ素、窒素ドープ炭素含有ケイ素、及び炭素含有ケイ素のうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載のクラスタツール。
  6. 前記キャップ層は、前記金属層の前記予洗浄された表面上に選択的に堆積された第２の誘電体キャップ層を含み、前記第２の誘電体キャップ層は、窒化ケイ素、窒素ドープ炭素含有ケイ素、及び炭素含有ケイ素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のクラスタツール。
  7. 相互接続構造を形成する方法であって、 予洗浄チャンバ内で、前記相互接続構造の第１の誘電体層内に形成された金属層の露出面上に形成された酸化物を除去するために、予洗浄プロセスを実行することと、 選択的化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ内で前記金属層の予洗浄された表面上にキャップ層を堆積させるために、選択的堆積プロセスを実行することと、 プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）チャンバ内で前記キャップ層及び前記第１の誘電体層の露出面の上に第２の誘電体層を堆積させるために、ブランケット堆積プロセスを実行することと、 を含み、 予洗浄プロセス、選択的堆積プロセス、及びブランケット堆積プロセスは、クラスタツールの外部の周囲環境に曝されることなく、クラスタツール内で実行される、方法。
  8. 前記金属層が、銅（Ｃｕ）、銅－アルミニウム（ＣｕＡｌ）合金、及び銅－マンガン（ＣｕＭｎ）合金のうちの少なくとも１つを含み、 前記第１の誘電体層が、酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ）又は低誘電率誘電体材料を含み、 前記第２の誘電体層が、低誘電率誘電体材料を含む、 請求項７に記載の方法。
  9. 前記キャップ層は、前記金属層の前記予洗浄された表面上に選択的に堆積された金属キャップ層を含み、前記金属層は、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、リン化コバルトタングステン（ＣｏＷＰ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、及びそれらの合金のうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載の方法。
  10. 前記キャップ層が、前記金属キャップ層上に選択的に堆積された第１の誘電体キャップ層をさらに含み、前記第１の誘電体キャップ層が、窒化ケイ素、窒素ドープ炭素含有ケイ素、及び炭素含有ケイ素のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記キャップ層は、前記金属層の前記予洗浄された表面上に選択的に堆積された第２の誘電体キャップ層を含み、前記第２の誘電体キャップ層は、窒化ケイ素、窒素ドープ炭素含有ケイ素、及び炭素含有ケイ素のうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載の方法。
  12. 前記予洗浄プロセスが、前記予洗浄チャンバ内の遠隔プラズマ源によって生成された反応性水素ラジカルＨ ＊ を供給することを含む、請求項７に記載の方法。
  13. 選択的堆積処理が選択的ＣＶＤ処理を含む、請求項７に記載の方法。
  14. ブランケット堆積処理がＰＥＣＶＤ処理を含む、請求項７に記載の方法。
  15. 相互接続構造を形成する方法であって、 選択的化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ内で、前記相互接続構造の第１の誘電体層内に形成された金属層の露出面上にキャップ層を堆積させるために、選択的堆積プロセスを実行することと、 プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）チャンバ内で前記キャップ層及び前記第１の誘電体層の露出面の上に第２の誘電体層を堆積させるために、ブランケット堆積プロセスを実行することと、 を含み、 選択的堆積処理及びブランケット堆積処理は、クラスタツールの外部の周囲環境に曝露されることなく、クラスタツール内で実行される、方法。
  16. 前記金属層が、銅（Ｃｕ）、銅－アルミニウム（ＣｕＡｌ）合金、及び銅－マンガン（ＣｕＭｎ）合金のうちの少なくとも１つを含み、 前記第１の誘電体層が、酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ）又は低誘電率誘電体材料を含み、 前記第２の誘電体層が低誘電率誘電体材料を含む、 請求項１５に記載の方法。
  17. 前記キャップ層は、前記金属層の予洗浄された表面上に選択的に堆積された金属キャップ層を含み、前記金属キャップ層は、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、リン化コバルトタングステン（ＣｏＷＰ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）及びそれらの合金のうち少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
  18. 前記キャップ層は、前記金属キャップ層上に選択的に堆積された第１の誘電体キャップ層をさらに含み、前記第１の誘電体キャップ層は、窒化ケイ素、窒素ドープ炭素含有ケイ素、及び炭素含有ケイ素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記キャップ層は、前記金属層の予洗浄された表面上に選択的に堆積された第２の誘電体キャップ層を含み、前記第２の誘電体キャップ層は、窒化ケイ素、窒素ドープ炭素含有ケイ素、及び炭素含有ケイ素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の方法。
  20. 前記選択的堆積処理が選択的ＣＶＤ処理を含み、前記ブランケット堆積処理がＰＥＣＶＤ処理を含む、請求項１５に記載の方法。

Description

［０００１］本開示の実施形態は、概して、半導体用途のための相互接続構造を形成する方法に関する。 ［０００２］例えば、３次元（３Ｄ）ＮＡＮＤ周辺相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバイスにおける集積回路（ＩＣ）構成要素の寸法が縮小するにつれて（例えば、サブミクロン寸法まで）、銅（Ｃｕ）ワイヤは、アルミニウム（Ａｌ）の代わりに低いシート抵抗と高いエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性のために、このような構成要素を製造するために使用されてきた。典型的なバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）相互接続ワイヤは、ＥＭ性能を改善するために金属キャップ層によってカプセル化される銅（Ｃｕ）ワイヤと、拡散バリア層としての誘電体層とを含む。 ［０００３］従来、誘電体層（例えば、窒化ケイ素炭素（ＳｉＣＮ））は、金属キャップ層（例えばコバルト（Ｃｏ））が銅（Ｃｕ）の相互接続に堆積されたクラスタツールとは異なるクラスタツールに堆積されていた。金属キャップ層の酸化を低減するために、ウエハは、クラスタツール間の窒素（Ｎ２）パージされた前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）を介して移送され得る。しかしながら、金属キャップ層の酸化を排除することはできず、したがって、誘電体層の堆積前の金属キャップ層の予洗浄プロセスが必要になる場合があり、これは下層を損傷する。さらに、クラスタツールのキュー時間を制御する必要がある。 ［０００４］したがって、周囲環境に曝されることなく、簡略化されたステップで金属キャップ層及び誘電体層を有する金属相互接続を形成するための方法及びシステムが必要とされている。 ［０００５］本開示の実施形態は、相互接続構造を形成するためのクラスタツールを提供する。クラスタツールは、前記相互接続構造の第１の誘電体層内に形成された金属層の露出面を予洗浄するように構成された予洗浄チャンバと、前記金属層の予洗浄された表面上にキャップ層を選択的に堆積させるように構成された選択的化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバと、前記キャップ層及び前記第１の誘電体層の露出面の上に第２の誘電体層を堆積するように構成されたプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）チャンバと、前記予洗浄チャンバ、前記選択的ＣＶＤチャンバ、及び前記ＰＥＣＶＤチャンバに連結された１つ又は複数の移送チャンバであって、真空環境を破壊することなく、前記予洗浄チャンバ、前記選択的ＣＶＤチャンバ、及び前記ＰＥＣＶＤチャンバの間で前記相互接続構造を移送するよう構成された、１つ又は複数の移送チャンバと、前記予洗浄チャンバ内での前記金属層の予洗浄、前記選択的ＣＶＤチャンバ内での前記キャップ層の選択的堆積、及び前記ＰＥＣＶＤチャンバ内での前記第２の誘電体層の堆積を引き起こすよう構成されたコントローラと、を含む予洗浄、前記選択的なＣＶＤチャンバ内での前記キャップ層の前記選択的堆積、及び前記ＰＥＣＶＤチャンバ内での前記第２の誘電体層の前記堆積を引き起こすよう構成されたコントローラと、を備える、装置。 ［０００６］本開示の実施形態は、相互接続構造を形成する方法を提供する。本方法は、予洗浄チャンバ内で、前記相互接続構造の第１の誘電体層内に形成された金属層の露出面上に形成された酸化物を除去するために、予洗浄プロセスを実行することと、選択的化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ内で前記金属層の予洗浄された表面上にキャップ層を堆積させるために、選択的堆積プロセスを実行することと、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）チャンバ内で前記キャップ層及び前記第１の誘電体層の露出面の上に第２の誘電体層を堆積させるために、ブランケット堆積プロセスを実行することと、を含み、予洗浄プロセス、選択的堆積プロセス、及びブランケット堆積プロセスは、クラスタツールの外部の周囲環境に曝されることなく、クラスタツール内で実行されるクラスタツールの外部の周囲環境に対して実行される。 ［０００７］本開示の実施形態は、相互接続構造を形成する方法を提供する。本方法は、選択的化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ内で、前記相互接続構造の第１の誘電体層内に形成された金属層の露出面上にキャップ層を堆積させるために、選択的堆積プロセスを実行することと、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）チャンバ内で前記キャップ層及び前記第１の誘電体層の露出面の上に第２の誘電体層を堆積させるために、ブランケット堆積プロセスを実行することと、を含み、選択的堆積処理及びブランケット堆積処理は、クラスタツールの外部の周囲環境に曝露されることなく、クラスタツール内で実行される。 ［０００８］本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって行うことができ、そのいくつかを添付の図面に示す。しかしながら、添付図面は例示的な実施形態を示しているに過ぎず、従って、本開示の範囲を限定するものとみなされるべきではなく、本開示は他の同等に有効な実施形態を許容し得ることに留意されたい。 本開示の１つ又は複数の実施形態に係るマルチチャンバクラスタツールの概略上面図である。本開示の一実施形態による相互接続構造を製造するための方法を示すフロー図を示す。図２の方法の様々な状態に対応する半導体構造の一部の断面図である。 ［００１２］実施形態の理解を容易にするために、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに、可能であれば、同一の参照番号を使用した。さらなる説明なしに一実施態様の要素及び特徴を他の実施態様に有利に組み込んでもよいということが想定される。 ［００１３］バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）相互接続ワイヤ（例えば、銅（Ｃｕ））を、クラスタツールの外部の周囲環境に曝されることなく、単一のクラスタツールに組み込まれた金属キャップ層（例えば（、コバルト（Ｃｏ））及び誘電体層（例えば、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ））でキャッピングするためのシステム及び方法が提供される。周囲環境への露出を排除するため、誘電体層の堆積前の金属キャップ層の汚染を回避することができ、これは、金属キャップ層上の誘電体層の接着の改善、ひいては、相互接続ワイヤを囲む低誘電率誘電体層の時間依存絶縁破壊（ＴＤＤＢ）寿命の改善につながる。更に、金属層（例えば、銅（Ｃｕ））と誘電体層との間に金属キャップ層（例えば、コバルト（Ｃｏ））を使用することで、金属層のエレクトロマイグレーション（ＥＭ）性能が向上する。 ［００１４］図１は、本開示の１つ又は複数の実施形態に係るマルチチャンバクラスタツール１００の概略上面図である。クラスタツール１００は、概して、ファクトリインターフェース１０２と、ロードロックチャンバ１０４，１０６と、移送チャンバ１０８と、１つ又は複数の移送ブレード１１２（２つ図示）を有する移送ロボット１１０と、１つ又は複数のツインチャンバ処理システム１１４、１１６、１１８（３つ図示）とを含み、当該ツインチャンバ処理システムはそれぞれ、２つの処理チャンバ１２０及び１２２、１２４及び１２６、１２８及び１３０を含む。ツインチャンバ処理システム１１４、１１６、１１８の各々は、互いから分離され得、２つの処理チャンバの間で資源（例えば、処理ガス供給、真空ポンプ）を共有し得る独立した処理空間を含む。本明細書で詳述するように、クラスタツール１００内の基板Ｗは、クラスタツール１００の外部の周囲環境（例えば、工場内に存在し得るような大気周囲環境）に基板Ｗを曝露することなく、様々なチャンバ内で処理され、様々なチャンバ間で移送され得る。例えば、基板Ｗは、クラスタツール１００内の基板Ｗに対して実行される様々な処理の中で、低圧又は真空環境を破ることなく、低圧（例えば、約３００Ｔｏｒｒ以下）又は真空環境に維持された様々なチャンバ内で処理され、移送されうる。したがって、クラスタツール１００は、基板Ｗの幾つかの処理のための統合ソリューションを提供し得る。 ［００１５］本明細書で提供される教示に従って適切に修正され得る処理システムの例には、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａに位置するＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．から市販されているＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）又はＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）一体型処理システム、又は他の適切な処理システムが含まれる。他の処理システム（他の製造業者によるものを含む）が、本明細書に記載される態様から利益を得るように適合され得ることが考えられる。 ［００１６］図１の例示された例では、ファクトリインターフェース１０２は、基板Ｗの移送を容易にするために、ドッキングステーション１３２及びファクトリインターフェースロボット１３４を含む。ドッキングステーション１３２は、１つ又は複数の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）１３６を受容するように適合される。幾つかの実施例では、各ファクトリインターフェースロボット１３４は、概して、ファクトリインターフェース１０２からロードロックチャンバ１０４、１０６に基板Ｗを移送するように適合されたそれぞれのファクトリインターフェースロボット１３４の一端に配置されたブレード１３８を含む。 ［００１７］ロードロックチャンバ１０４、１０６は、ファクトリインターフェース１０２に連結されたそれぞれのポート１４０、１４２と、移送チャンバ１０８に連結されたそれぞれのポート１４４、１４６とを有する。移送チャンバ１０８は、処理チャンバ１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０に連結されたポート１４８、１５０、１５２、１５４、１５６、及び１５８を更に有する。ポート１４４、１４６、１４８、１５０、１５２、１５４、１５６、１５８は、例えば、移送ロボット１１０によって基板Ｗを通過させ、それぞれのチャンバ間にガスが通過するのを防止するためのシールを提供するためのスリットバルブを有するスリットバルブ開口部とすることができる。概して、いずれのポートも基板を移送するために開いている。それ以外の場合、ポートは閉じられる。 ［００１８］ロードロックチャンバ１０４、１０６、移送チャンバ１０８、及び処理チャンバ１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０は、ガス及び圧力制御システム（特に図示せず）に流体連結され得る。ガス及び圧力制御システムは、１つ又は複数のガスポンプ（例えば、ターボポンプ、クライオポンプ、粗引きポンプ）、ガス源、様々なバルブ、及び様々なチャンバに流体連結された導管を含み得る。動作中、ファクトリインターフェースロボット１３４は、基板をＦＯＵＰ１３６からポート１４０又は１４２を介してロードロックチャンバ１０４又は１０６に移送する。次に、ガス及び圧力制御システムがロードロックチャンバ１０４又は１０６をポンプダウンする。ガス及び圧力制御システムは、移送チャンバ１０８を内部低圧又は真空環境（不活性ガスを含み得る）に更に維持する。したがって、ロードロックチャンバ１０４又は１０６のポンプダウンは、例えばファクトリインターフェース１０２の大気環境と移送チャンバ１０８の低圧又は真空環境との間で基板を通過させることを容易にする。 ［００１９］ロードロックチャンバ１０４又は１０６内の基板がポンプダウンされている状態で、移送ロボット１１０は、基板をロードロックチャンバ１０４又は１０６からポート１４４又は１４６を通って移送チャンバ１０８内に移送する。次いで、移送ロボット１１０は、処理のために、それぞれのポート１４８、１５０、１５２、１５４、１５６、１５８を通じて、処理チャンバ１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０のいずれかに基板を移送すること、及び／又は処理チャンバ１２０、１２２、１２８、１３０のいずれかの０間０に基板を移送することができる。様々なチャンバ内及びチャンバ間での基板の移送は、ガス及び圧力制御システムによって提供される低圧又は真空環境内であり得る。 ［００２０］処理チャンバ１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０は、基板を処理